CN114695408A - 包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器及包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器以及包括所述图像传感器的电子装置。所述图像传感器包括：包括多个平面纳米光子微透镜的平面纳米光子微透镜阵列，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每一个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构和包括具有比所述第一折射率低的第二折射率的介电材料的低折射率纳米结构，并且其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移并且被设置在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘。

Description

包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器及包括该图像传 感器的电子装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2020年12月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0189862并且要求其优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的示例实施例涉及包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器以及包括图像传感器的电子装置，其中所述图像传感器能够通过使用平面纳米结构确定透镜表面的光学曲率分布。

背景技术

图像传感器和图像捕捉模块逐渐被小型化，主光线角(CRA)趋于在图像传感器的边缘处增大。当CRA在图像传感器的边缘处增大时，被设置在图像传感器的边缘处的像素的灵敏度降低。因此，图像的边缘可以变暗。此外，用于补偿边缘的黑暗的额外复杂颜色运算对处理图像的处理器增加了额外负荷并且降低了图像处理速度。

发明内容

一个或多个示例实施例提供了包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器以及包括所述图像传感器的电子装置，其中所述图像传感器被配置为通过使用平面纳米结构更轻松地确定透镜表面的光学曲率分布。

一个或多个示例实施例还提供了包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器，图像传感器被配置为改变在图像传感器的边缘处以接近90度的大的主光线角(CRA)入射的入射光的入射角。

附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对本公开的示例实施例的实践来获知。

根据示例实施例的方面，提供了一种图像传感器，传感器基板，包括分别被配置为感测光的多个感光单元；以及平面纳米光子微透镜阵列，包括多个平面纳米光子微透镜，多个平面纳米光子微透镜具有分别被配置为将光会聚到多个感光单元中的对应的感光单元的纳米图案结构，其中，多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构、和包括具有比第一折射率低的第二折射率的第二介电材料的低折射率纳米结构，其中，多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的有效折射率在多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中最大，并且朝着折射率峰值区的外缘逐渐减小，其中有效折射率与高折射率纳米结构与低折射率纳米结构之比相对应，并且其中，多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处，多个平面纳米光子微透镜之间的边界可以与对应的感光单元之间的边界一致。

多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移的距离可以随着多个平面纳米光子微透镜中的该每个平面纳米光子微透镜离平面纳米光子微透镜阵列的中心部分的距离增大而增大。

多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区可以设置在多个平面纳米光子微透镜中的该每个平面纳米光子微透镜的中心部分。

多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区可以朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移的距离可以随着多个平面纳米光子微透镜中的该每个平面纳米光子微透镜离平面纳米光子微透镜阵列的中心部分的距离增大而增大。

多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜可以包括：具有第一有效折射率的第一区域；第二区域，被设置为与第一区域相邻并且具有比第一区域的第一有效折射率低的第二有效折射率；以及第三区域，被设置为与第二区域相邻并且具有比第二区域的第二有效折射率低的第三有效折射率，其中，第一区域、第二区域和第三区域以同心圆形状布置。

多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的每个平面纳米光子微透镜可以具有关于中心部分对称的有效折射率分布，并且多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜可以具有关于中心部分非对称的有效折射率分布。

多个平面纳米光子微透镜的总面积可以小于传感器基板的总面积。

多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜可以包括以同心圆形状彼此交替设置的多个高折射率纳米结构和多个低折射率纳米结构，并且多个高折射率纳米结构中的每个高折射率纳米结构在直径方向上的宽度可以在折射率峰值区中最大。

多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜可以包括：具有纳米柱形状的多个高折射率纳米结构，并且多个高折射率纳米结构的比例可以在折射率峰值区中最大。

多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜可以包括：沿圆周方向分开的具有弧形的多个高折射率纳米结构。

多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜可以包括：具有平板形状的一个高折射率纳米结构和具有孔形状的多个低折射率纳米结构。

多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜可以包括第一层和设置在第一层上的第二层，并且第一层中的高折射率纳米结构的图案和低折射率纳米结构的图案可以与第二层中的高折射率纳米结构的图案和低折射率纳米结构的图案不同。

在多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中，第一层中的高折射率纳米结构的宽度和第二层中的高折射率纳米结构的宽度可以相同，并且在折射率峰值区以外的区域中，第二层中的高折射率纳米结构的宽度可以小于第一层的高折射率纳米结构的宽度。

图像传感器还可以包括：设置在多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜上的球面微透镜。

多个平面纳米光子微透镜中的在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区可以与对应的球面微透镜的光轴对准以彼此一致。

在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的球面微透镜可以相对于对应的平面纳米光子微透镜朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的平面纳米光子微透镜的折射率峰值区可以设置在该平面纳米光子微透镜的中心。

图像传感器还可以包括：透明介电层，设置在传感器基板与平面纳米光子微透镜阵列之间，透明介电层的厚度从平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝平面纳米光子微透镜阵列的外缘增大。

透明介电层可以具有倾斜的上表面，以使透明介电层的厚度从平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝平面纳米光子微透镜阵列的外缘逐渐增大，并且多个平面纳米光子微透镜可以以一定的角度设置在透明介电层的倾斜的上表面上。

透明介电层可以具有阶梯形状，其中，透明介电层的厚度从平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝平面纳米光子微透镜阵列的外缘非连续地增大。

图像传感器还可以包括：透明介电层，设置在平面纳米光子微透镜阵列上，透明介电层的厚度从平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝平面纳米光子微透镜阵列的外缘增大。

图像传感器还可以包括：球面微透镜阵列，包括设置在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分的多个球面微透镜，其中，多个平面纳米光子微透镜可以不设置在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分。

球面微透镜阵列和平面纳米光子微透镜阵列可以设置在同一平面上。

低折射率纳米结构可以设置在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分，并且球面微透镜阵列可以设置于在平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的低折射率纳米结构上。

图像传感器还可以包括：设置在传感器基板上的滤色器层，其中，滤色器层可以包括：被配置为透射特定波段的光并且吸收或反射除了该特定波段以外的波段的光的多个滤色器，并且平面纳米光子微透镜阵列可以设置在滤色器层上。

图像传感器还可以包括：透明间隔层，被设置在平面纳米光子微透镜阵列上；以及分色透镜阵列，被设置在间隔层上，其中，分色透镜阵列被配置为：改变入射光中的第一波长的第一光的相位和第二波长的第二光的相位，第光与第二光彼此不同，以使第一波长的光和第二波长的光沿不同的方向传播，从而第一波长的光会聚到多个感光单元中的第一感光单元、并且第二波长的光会聚到多个感光单元中与第一感光单元不同的第二感光单元。

根据示例实施例的另一方面，提供了一种电子装置，包括：图像传感器，被配置为将光学图像转换成电信号；以及处理器，被配置为控制图像传感器的操作以及存储和输出由图像传感器生成的信号，其中，图像传感器包括：传感器基板，包括分别被配置为感测光的多个感光单元；以及平面纳米光子微透镜阵列，包括多个平面纳米光子微透镜，多个平面纳米光子微透镜具有分别被配置为将光会聚到多个感光单元中的对应的感光单元的纳米图案结构，其中，多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构、和包括具有比第一折射率低的第二折射率的第二介电材料的低折射率纳米结构，多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的有效折射率在多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中最大，并且朝着折射率峰值区的外缘逐渐减小，其中有效折射率与高折射率纳米结构与低折射率纳米结构之比相对应，并且其中，多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

根据示例实施例的又一个方面，提供了一种图像传感器，图像传感器包括：传感器基板，包括分别被配置为感测光的多个感光单元；以及平面纳米光子微透镜阵列，包括多个平面纳米光子微透镜，多个平面纳米光子微透镜具有分别被配置为将光会聚到多个感光单元中的对应的感光单元的纳米图案结构，其中，多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构、和包括具有比第一折射率低的第二折射率的第二介电材料的低折射率纳米结构，多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的有效折射率在多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中最大，并且朝着折射率峰值区的外缘逐渐减小，其中有效折射率与高折射率纳米结构与低折射率纳米结构之比相对应，并且其中，多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移，并且多个平面纳米光子微透镜中在平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区朝着平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

附图说明

根据以下结合附图的描述，本公开的某些示例实施例的上述和/或其他方面、特征和优点将更清楚，在附图中：

图1是根据示例实施例的图像传感器的框图；

图2是示出根据示例实施例的相机模块的概念图；

图3是示出根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的平面图；

图4A是沿图3所示的图像传感器的像素阵列的中心部分的线A-A′截取的示意截面图；

图4B示出等同于图4A所示的平面纳米光子微透镜的球面微透镜的示例；

图5是示出图4A所示的平面纳米光子微透镜的形状的示例的平面图；

图6示出图4A所示的平面纳米光子微透镜的有效折射率分布的示例；

图7A是沿图3所示的图像传感器的像素阵列的边缘的线B-B′截取的截面图；

图7B示出等同于图7A所示的平面纳米光子微透镜的球面微透镜的示例；

图8示出图7A所示的平面纳米光子微透镜的有效折射率分布的示例；

图9、图10和图11是示出根据另一示例实施例的平面纳米光子微透镜的各种形状的示例的平面图；

图12和图13是示出根据另一示例实施例的平面纳米光子微透镜的形状的示例的截面图；

图14、图15和图16是示出根据另一示例实施例的还包括球面微透镜的平面纳米光子微透镜的形状的示例的截面图；

图17、图18、图19和图20是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图；

图21是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的平面图；

图22是示出沿图21所示的图像传感器的像素阵列的线C-C′截取的一个示例的截面图；

图23是示出沿图21所示的图像传感器的像素阵列的线C-C′截取的另一示例的截面图；

图24A、图24B和图24C示出像素阵列的各种像素布置的示例；

图25A和图25B是示出根据示例实施例的分色透镜阵列的结构和作用的概念图；

图26A和图26B是根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的示意截面图；

图27A是示出感光单元的布置的平面图，图27B是示出分色透镜阵列的纳米柱的布置的示例的平面图，并且图27C是图27B的一部分的详细的放大平面图；

图28A示出沿着图27B的线I-I′穿过分色透镜阵列的第一波长光和第二波长光的相位分布，图28B示出穿过分色透镜阵列的第一波长光在第一区域至第四区域的中心处的相位，并且图28C示出穿过分色透镜阵列的第二波长光在第一区域至第四区域的中心处的相位；

图28D示出入射在图28A和图28B的分色透镜阵列的第一区域及其周围的第一波长光的行进方向的示例，并且图28E示出相对于第一波长光与分色透镜阵列等同的微透镜阵列的示例；

图28F示出入射在图28A和图28B的分色透镜阵列的第二区域及其周围的第二波长光的行进方向的示例，并且图28G示出相对于第二波长光与分色透镜阵列等同的微透镜阵列的示例；

图29A示出沿图27B的线II-II′穿过分色透镜阵列的第一波长光和第三波长光的相位分布，图29B示出穿过分色透镜阵列的第三波长光在第一区域至第四区域的中心处的相位，并且图29C示出穿过分色透镜阵列的第一波长光在第一区域至第四区域的中心处的相位；

图29D示出入射在图29A和图29B的分色透镜阵列的第三区域及其周围的第三波长光的行进方向的示例，并且图29E示出相对于第三波长光与分色透镜阵列等同的微透镜阵列的示例；

图29F示出入射在图29A和图29B的分色透镜阵列的第四区域及其周围的第一波长光的行进方向的示例，并且图29G示出相对于第一波长光与分色透镜阵列等同的微透镜阵列的示例；

图30A、图30B和图30C是示出分色透镜阵列的纳米柱的布置样式根据在像素阵列上的位置而改变的平面图；

图31是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的结构的截面图；

图32是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的结构的截面图；

图33是示出在分色透镜阵列中二维布置的纳米柱的偏移形态的示例的平面图；

图34A和图34B是示出根据另一示例实施例的可以应用于拜尔图案类型的图像传感器的分色透镜阵列的单位图案的示例的平面图；

图35是示出根据示例实施例的包括图像传感器的电子装置的示例的框图；

图36是示出图35的相机模块的框图；以及

图37、图38、图39、图40、图41、图42、图43、图44、图45和图46示出了根据示例实施例的应用图像传感器的电子装置的各种示例。

具体实施方式

现在详细参考附图中所示的示例实施例，其中贯穿附图相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。

如本文所使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“……中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。

在下文中，将参考附图详细描述包括平面纳米光子微透镜阵列的图像传感器及包括该图像传感器的电子装置。本公开的实施例能够进行各种修改，并且可以以许多不同的形式来体现。在附图中，相似的附图标记表示相似的组件，并且为了便于说明，附图中组件的尺寸可能被放大。

当层、膜、区域或板被称为在另一元件“上”时，其可以直接置于另一层或基板的上方/下方/左侧/右侧，或者也可以存在中间层。

应理解，尽管术语“第一”和“第二”等可以在本文中用于描述各个组件，这些组件不应受这些术语限制。这些组件仅用来将组件彼此区分。这些术语不将组件的材料或结构限制为彼此不同。

单数形式的表述涵盖复数表述，除非在上下文中具有明确的不同意义。还将理解的是，当将一部分引用为“包括”另一组件时，该部分可以不排除另一组件，而是还可以包括另一组件，除非上下文另外说明。

此外，本文提供的诸如“单元”、“模块”等之类的术语指示执行功能或操作并且可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合实现的单元。

术语“上述”和类似指示术语的使用可以与单数形式和复数形式两者相对应。

还可以按照任何合适的顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文另外指出或者上下文另外明确地相反指示。所有示例性术语(例如等)的使用仅用于详细描述技术思想，并且权利范围不受这些术语的限制，除非上下文由权利要求所限制。

图1是根据示例实施例的图像传感器1000的框图。参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器(T/C)1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器1000可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

像素阵列1100包括沿多个行和列二维布置的像素。行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号，选择像素阵列1100中的行之一。输出电路1030输出来自布置在被选择的行中的多个像素的列单元中的光感测信号。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路1030可以包括：在列解码器和像素阵列1100之间根据列分别布置的多个ADC、或者在列解码器的输出端布置的一个ADC。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以被实现为一个芯片或分离的芯片。用于处理从输出电路1030输出的图像信号的处理器可以被实现为具有时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030的一个芯片。

图像传感器1000可以应用于诸如相机模块之类的各种光学设备。例如，图2是示意性地示出根据示例实施例的相机模块1880的概念图。

参考图2，相机模块1880可以包括：透镜组件1910，通过聚焦从对象反射的光形成光学图像；图像传感器1000，将由透镜组件1910形成的光学图像转换成电图像信号；以及图像信号处理器1960，将从图像传感器1000输出的电图像信号处理为图像信号。相机模块1880还可以包括：红外线阻挡滤光器，被设置在图像传感器1000与透镜组件1910之间；显示面板，显示由图像信号处理器1960形成的图像；以及存储器，存储由图像信号处理器1960形成的图像数据。这样的相机模块1880可以被安装在移动电子装置(例如蜂窝电话、膝上型计算机、平板个人计算机(PC)等)中。

透镜组件1910用于将相机模块1880外部的对象的图像聚焦在图像传感器1000上，更准确地，聚焦在图像传感器1000的像素阵列1100上。在图2中，为了方便将一个透镜示出为透镜组件1910，但是透镜组件1910可以包括多个透镜。当像素阵列1100被准确地设置在透镜组件1910的焦平面上时，从对象的任意一点发出的光通过透镜组件1910被再次聚集到像素阵列1100上的点。例如，从光轴OX上的任意一点A发出的光穿过透镜组件1910，然后聚集在光轴OX上的像素阵列1100的中心处。从偏离光轴OX的任意一点B、C或D发出的光通过透镜组件1910穿过光轴OX聚集在像素阵列1100的外缘的点处。例如，从光轴OX上方的点B发出的光穿过光轴OX聚集在像素阵列1100的下边缘处，并且从光轴OX下方的点C发出的光穿过光轴OX聚集在像素阵列1100的上边缘处。此外，从位于光轴OX与点B之间的点D发出的光聚集在像素阵列1100的中心与下边缘之间。

因此，从不同的点A、B、C和D发出的光根据点A、B、C和D与光轴OX之间的距离以不同的角度入射在像素阵列110上。入射在像素阵列1100上的光的入射角通常被定义为主光线角(CRA)。主光线是从对象与透镜组件1910的中心相交的一点入射在像素阵列1100上的光线，并且CRA是由主光线和光轴OX形成的角。从光轴OX上的点A发出的光具有0度的CRA，并且垂直地入射在像素阵列1100上。发光点离光轴OX越远，CRA越大。

基于图像传感器1000的视点，入射在像素阵列1100的中心部分上的光的CRA是0度，并且入射光的CRA朝着像素阵列1100的边缘增大。例如，从点B和点C发出并且入射在像素阵列1100的最边缘上的光的CRA可以最大，而从点A发出并且入射在像素阵列1100的中心部分上的光的CRA是0度。此外，从点D发出并且入射在像素阵列1100的中心与边缘之间的光的CRA小于从点B和点C发出的光的CRA并且大于0度。

因此，入射在像素阵列1100中的像素上的入射光的CRA根据像素的位置变化。具体地，CRA从像素阵列1100的中心部分向边缘逐渐增大。当入射在像素上的入射光的CRA增大时，像素的灵敏度可能下降。根据示例实施例，为了防止或减少设置在像素阵列1100的边缘处的像素的灵敏度下降，平面纳米光子微透镜阵列可以被设置在图像传感器1000的像素阵列1100中。

图3是示出根据示例实施例的图像传感器1000的像素阵列1100的平面图。图4A是沿图3所示的图像传感器1000的像素阵列1100的中心部分的线A-A′截取的示意截面图。参考图3和图4A，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括：传感器基板110；设置在传感器基板110上的滤色器层140；以及设置在滤色器层140上的平面纳米光子微透镜阵列150。

参考图4A，传感器基板110可以包括感测光的多个感光单元111、112和113。例如，传感器基板110可以包括将光转换成电信号的第一感光单元111、第二感光单元112和第三感光单元113。图4A示出第一感光单元111、第二感光单元112和第三感光单元113在水平方向上顺序布置作为示例，但是实施例不限于此。传感器基板110的多个感光单元111、112和113可以以各种方式二维布置。

滤色器层140可以包括：多个滤色器141、142和143，它们仅透射特定波段的光并且吸收或反射其他波段的光。例如，滤色器层140可以包括：第一滤色器141，设置在第一感光单元111上，并且被配置为仅透射第一波段的光；第二滤色器142，设置在第二感光单元112上，并且被配置为仅透射与第一波段不同的第二波段的光；以及第三滤色器143，设置在感光单元113上，并且被配置为仅透射与第一波段和第二波段不同的第三波段的光。图4A示出第一滤色器141、第二滤色器142和第三滤色器143在水平方向上顺序布置作为示例，但是实施例不限于此。滤色器层140的多个滤色器141、142和143可以以各种方式二维布置。

设置在滤色器层140上的平面纳米光子微透镜阵列150可以包括二维布置的多个平面纳米光子微透镜151。多个平面纳米光子微透镜151可以与多个滤色器141、142和143一一对应，并且也可以与多个感光单元111、112和113一一对应。多个平面纳米光子微透镜151中的每个可以被配置为使光聚焦在多个感光单元111、112和113中对应的感光单元上。为此，多个平面纳米光子微透镜151可以具有被配置为会聚光的纳米图案结构。

图5是示出图4A所示的平面纳米光子微透镜151的形状的示例的平面图。参考图5，平面纳米光子微透镜151可以包括：高折射率纳米结构151H；以及在高折射率纳米结构151H之间填充的低折射率纳米结构151L。高折射率纳米结构151H可以包括具有较高折射率的介电材料，例如氧化钛(TiO₂)、氮化镓(GaN)、氮化硅(SiN₃)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氮化硅(Si₃N₄)等，并且在可见光波段中具有低吸收系数。低折射率纳米结构151L可以包括具有较低折射率的介电材料，例如氧化硅(SiO₂)、硅氧烷基旋涂玻璃(SOG)、空气等，并且在可见光波段中具有低吸收系数。

平面纳米光子微透镜151的有效折射率可以在平面纳米光子微透镜151的任意一个区域中为最大，并且可以朝着区域的外缘逐渐减小，以使平面纳米光子微透镜151可以被配置为用作聚合光的凸透镜。例如，高折射率纳米结构151H与低折射率纳米结构151L之比可以在平面纳米光子微透镜151的任意一个区域中为最大，并且可以朝着区域的外缘逐渐减小。在下文中，平面纳米光子微透镜151之中具有最大有效折射率的区域被称为折射率峰值区。为了满足这些条件，在平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区及其外缘中，可以不同地选择低折射率纳米结构151L和高折射率纳米结构151H的宽度和间距。例如，多个高折射率纳米结构151H和多个低折射率纳米结构151L可以相对于折射率峰值区以同心圆形状交替地布置，并且高折射率纳米结构151H在直径方向上的宽度可以在折射率峰值区中为最大。

此外，平面纳米光子微透镜151可以被配置为改变入射光的入射角，以使光几乎以90度角入射在与平面纳米光子微透镜151相对应的感光单元的中心部上分。如上所述，入射光的CRA根据像素阵列1100上的位置变化。因此，平面纳米光子微透镜151中的折射率峰值区的位置可以根据平面纳米光子微透镜151在像素阵列1100中的位置而变化。

当光位于像素阵列1100的中心部分(即，光几乎以90度角入射的部分)时，平面纳米光子微透镜151不需要改变光行进的角度。因此，如图4A所示，被设置在像素阵列1100的中心部分的平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区可以设置在平面纳米光子微透镜151的中心处。图6示出图4A所示的平面纳米光子微透镜151的有效折射率分布的示例。参考图6，设置在像素阵列1100的中心部分处的平面纳米光子微透镜151可以包括：设置在中心的第一区域151a；围绕第一区域151a的第二区域151b；围绕第二区域151b的第三区域151c；围绕第三区域151c的第四区域151d；以及围绕第四区域151d的第五区域151e。第一区域151a至第五区域151e可以在以平面纳米光子微透镜151的中心作为原点的情况下按照同心圆形状布置。

第一区域151a被设置在可以具有最大有效折射率的最中心。例如，高折射率纳米结构151H与低折射率纳米结构151L之比在第一区域151a中可以最大。平面纳米光子微透镜151可以具有有效折射率从第一区域151a至第五区域151e逐渐减小的有效折射率分布。第二区域151b的有效折射率低于第一区域151a的有效折射率，第三区域151c的有效折射率低于第二区域151b的有效折射率，并且第四区域151d的有效折射率低于第三区域151c的有效折射率。此外，第五区域151e的有效折射率最低。为此，可以不同地选择第一区域151a至第五区域151e中的低折射率纳米结构151L和高折射率纳米结构151H中的每一个的宽度和间距中的至少一个。

在该结构中，平面纳米光子微透镜151可以具有关于中心对称的有效折射率分布。此外，平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区被设置在平面纳米光子微透镜151的中心(具体地，第一区域151a)。图6示出平面纳米光子微透镜151具有五个同心圆，但是实施例不限于此。例如，可以根据平面纳米光子微透镜151的尺寸、平面纳米光子微透镜151所需要的有效折射率分布廓线等来不同地选择同心圆的数量。

图4B示出等同于图4A所示的平面纳米光子微透镜151的球面微透镜的示例。当图4A所示的平面纳米光子微透镜151具有图6所示的有效折射率分布时，可以获得与光轴位于等同球面微透镜的中心的光学效果相同的光学效果，其中所述等同球面微透镜的中心和与该球面微透镜相对应的感光单元和滤色器的中心一致。此外，等同球面微透镜可以具有关于光轴对称的透镜表面。在这种情况下，垂直地入射在像素阵列1100上的光可以穿过平面纳米光子微透镜151和滤色器层140，以垂直地入射在传感器基板110上。因此，在像素阵列1100的中心部分处，折射率峰值区可以位于平面纳米光子微透镜151的中心，并且平面纳米光子微透镜151可以设置为使折射率峰值区可以与对应的感光单元和滤色器的中心一致。

参考图4A，在像素阵列1100的中心部分处，平面纳米光子微透镜151之间的边界可以与对应的感光单元之间的边界以及对应的滤色器之间的边界一致。因此，设置平面纳米光子微透镜151的区域可以与布置了对应的感光单元和滤色器的区域一致。

图7A是沿图像传感器的像素阵列1100的边缘的线B-B′截取的截面图。参考图3和图7A，在像素阵列1100的边缘中，平面纳米光子微透镜151可以在光入射的方向上偏移，并且平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区也可以在光入射的方向上偏移。例如，在像素阵列1100的边缘中，平面纳米光子微透镜151可以朝着像素阵列1100的中心部分偏移，并且平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区也可以朝着像素阵列1100的中心部分偏移。例如，设置在像素阵列1100的右边缘处的平面纳米光子微透镜151、以及平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区可以沿左方向偏移，并且设置在像素阵列1100的左边缘处的平面纳米光子微透镜151、以及平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区可以沿右方向偏移。因此，布置在像素阵列1100的边缘处的平面纳米光子微透镜151之间的边界可以不与对应的感光单元之间的边界以及对应的滤色器之间的边界一致。在这种情况下，平面纳米光子微透镜阵列150的总面积可以小于像素阵列1100的总面积、传感器基板110的总面积或滤色器层140的总面积。

图3示出布置在最外边的平面纳米光子微透镜151作为示例，但是布置在像素阵列1100的中心部分与边缘之间的平面纳米光子微透镜151也可以朝着像素阵列1100的中心部分偏移。平面纳米光子微透镜151和平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区偏移的距离可以根据入射光的CRA来确定。当入射光的CRA增大时，平面纳米光子微透镜151和平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区偏移的距离增大。因此，随着平面纳米光子微透镜151远离像素阵列1100的中心部分，平面纳米光子微透镜151和平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区偏移的距离可以逐渐增大。

根据另一示例实施例，像素阵列1100可以根据距中心部分的距离被划分成多个区域，并且平面纳米光子微透镜151和平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区偏移的距离可以根据已划分的区域逐步改变。在这种情况下，布置在像素阵列1100的同一区域中的平面纳米光子微透镜151可以偏移相同的距离。布置在像素阵列1100的同一区域中的平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区也可以偏移相同的距离。

图8示出图7A所示的平面纳米光子微透镜151的有效折射率分布的示例。参考图8，设置在像素阵列1100的边缘处的平面纳米光子微透镜151可以包括：设置在中心之外的第一区域151a；围绕第一区域151a的第二区域151b；围绕第二区域151b的第三区域151c；围绕第三区域151c的第四区域151d；以及围绕第四区域151d的第五区域151e。第一区域151a至第五区域151e可以在以平面纳米光子微透镜151的中心作为原点的情况下按照偏离所述中心的同心圆形状布置。如上所述，平面纳米光子微透镜151可以具有有效折射率从第一区域151a至第五区域151e逐渐减小的有效折射率分布。因此，平面纳米光子微透镜151可以具有关于中心非对称的有效折射率分布，并且平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区被设置为偏离平面纳米光子微透镜151的中心。

第一区域151a的位置可以根据平面纳米光子微透镜151与像素阵列1100的相对位置而不同。平面纳米光子微透镜151离像素阵列1100的中心部分越远，第一区域151a的位置可以离平面纳米光子微透镜151的中心越远。第一区域151a还可以朝着像素阵列1100的中心部分偏移。例如，第一区域151a可以从设置在像素阵列1100的右边缘处的平面纳米光子微透镜151的中心沿左方向偏移。

图7B示出等同于图7A所示的平面纳米光子微透镜151的球面微透镜的示例。当图7A所示的平面纳米光子微透镜151具有图8所示的有效折射率分布时，可以获得与等同球面微透镜的光轴从与球面微透镜相对应的感光单元和滤色器的中心偏移相同的光学效果。

此外，等同球面微透镜可以具有关于光轴非对称的透镜表面。等同球面微透镜的光轴以及等同球面微透镜自身也可以相对于对应的感光单元和滤色器偏移。在这种情况下，倾斜地入射在像素阵列1100上的光可以穿过平面纳米光子微透镜151和滤色器层140，以大致垂直地入射在传感器基板110上。此外，平面纳米光子微透镜151可以使光朝着对应的感光单元的大致中心会聚。

上述平面纳米光子微透镜阵列150具有平面纳米结构，因此与球面微透镜阵列的光学曲率分布相比，可以更容易地确定透镜表面的光学曲率分布。例如，可以通过根据每个平面纳米光子微透镜151之中的同心区域不同地选择低折射率纳米结构151L和高折射率纳米结构151H的宽度和间距，来更容易地设计具有期望的有效折射率分布的平面纳米光子微透镜151。因此，可以更容易地设计和制造根据入射在图像传感器的像素阵列1100上的入射光的CRA具有最优形状的平面纳米光子微透镜151。如上所述，平面纳米光子微透镜阵列150还可以改变在图像传感器的像素阵列1100的边缘处以接近90度的极大CRA入射的入射光的入射角。具体地，平面纳米光子微透镜阵列150可以包括各种类型的平面纳米光子微透镜151，该各种类型的平面纳米光子微透镜151考虑到根据图像传感器的像素阵列1100上的每个位置的CRA的改变。因此，与设置在像素阵列1100的中心部分的像素的灵敏度相似地，可以提高设置在图像传感器的像素阵列1100的边缘处的像素的灵敏度。

图5示出具有环形的低折射率纳米结构151L和高折射率纳米结构151H，但是实施例不必受此限制。例如，图9至图11是示出平面纳米光子微透镜151的各种形状的示例的平面图。

参考图9，平面纳米光子微透镜151可以包括：具有纳米柱形状的多个高折射率纳米结构151H。在这种情况下，在平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区中，多个高折射率纳米结构151H的比例可以最高，并且随着多个高折射率纳米结构151H远离折射率峰值区，多个高折射率纳米结构151H的比例可以降低。图9示出多个高折射率纳米结构151H采用圆形，但是多个高折射率纳米结构151H可以采用例如椭圆形或多边形。此外，图9示出多个高折射率纳米结构151H的尺寸(例如直径)在折射率峰值区中大，并且多个高折射率纳米结构151H的尺寸朝着外缘变小，但是实施例不必受此限制。例如，多个高折射率纳米结构151H的尺寸可以相同，并且多个高折射率纳米结构151H的密度可以从折射率峰值区向外缘减小。

参考图10，平面纳米光子微透镜151还可以包括：沿圆周方向分开的多个高折射率纳米结构151H。每个高折射率纳米结构151H可以采用弧形。即使在这种情况下，在平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区中，多个高折射率纳米结构151H的比例也可以被设计为最高，并且随着多个高折射率纳米结构151H远离折射率峰值区，多个高折射率纳米结构151H的比例可以被设计为降低。

参考图11，平面纳米光子微透镜151还可以包括：采用平板形式的一个高折射率纳米结构151H；以及多个采用孔形式的低折射率纳米结构151L。为此，多个孔可以通过蚀刻高折射率纳米结构151H来形成，并且低折射率材料可以填充在孔中。根据另一个示例实施例，所述孔可以不被填充并且可以是空的。在这种情况下，低折射率纳米结构151L可以包括空气。虽然平面纳米光子微透镜151中的所有孔的直径可以相同，但是孔的直径可以随着孔远离折射率峰值区而增大。在折射率峰值区中，孔的数量和/或孔的直径可以小，以使高折射率纳米结构151H的比例高，并且随着孔远离折射率峰值区，孔的数量和/或孔的直径可以增大，以使高折射率纳米结构151H的比例减小。

图12和图13是示出根据另一示例实施例的平面纳米光子微透镜151的形状的示例的截面图。如图12和图13所示，平面纳米光子微透镜151可以具有多层结构。例如，平面纳米光子微透镜151可以包括：第一层L1、以及在第一层L1上堆叠的第二层L2。第一层L1和第二层L2中的每一个可以包括：高折射率纳米结构151H和低折射率纳米结构151L，并且第一层L1的高折射率纳米结构151H和低折射率纳米结构151L的图案可以与第二层L2的高折射率纳米结构151H和低折射率纳米结构151L的图案不同。可以通过将第一层L1和第二层L2中的高折射率纳米结构151H以及第一层L1和第二层L2中的低折射率纳米结构151L放在一起来确定每个区域中具有多层结构的平面纳米光子微透镜151的有效折射率。

参考图12，第一层L1和第二层L2两者可以具有关于位于像素阵列1100的入射光Li垂直入射的中心部分处的平面纳米光子微透镜151的中心对称的形状。第一层L1和第二层L2中的高折射率纳米结构151H在平面纳米光子微透镜151的中心可以具有相同的宽度，但是在外缘处，光首先入射的位于上方的第二层L2的高折射率纳米结构151H的宽度可以小于位于其下方的第一层L1的高折射率纳米结构151H的宽度。此外，通过将第一层L1和第二层L2放在一起考虑的平面纳米光子微透镜151的有效折射率可以在平面纳米光子微透镜151的中心附近最高，并且可以朝着折射率峰值区的外缘逐渐减小。

参考图13，第一层L1和第二层L2两者还可以具有关于位于像素阵列1100的入射光Li倾斜地入射的外缘处的平面纳米光子微透镜151的中心非对称的形状。例如，平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区可以朝着光入射的方向偏移。通过将第一层L1和第二层L2放在一起考虑的平面纳米光子微透镜151的有效折射率可以在经偏移的折射率峰值区中最高，并且可以朝着折射率峰值区的外缘逐渐减小。此外，在平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区中，第一层L1和第二层L2中的高折射率纳米结构151H可以具有相同的宽度，但是在偏离折射率峰值区的区域中，第二层L2的高折射率纳米结构151H的宽度可以小于位于其下方的第一层L1的高折射率纳米结构151H的宽度。

图14至图16是示出根据另一示例实施例的还包括球面微透镜161的平面纳米光子微透镜151的形状的示例的截面图。参考图14，图像传感器的像素阵列1100还可以包括：设置在平面纳米光子微透镜151上的球面微透镜161。图14示出设置在一个平面纳米光子微透镜151上的一个球面微透镜161作为示例，但是多个球面微透镜161可以二维地布置在多个平面纳米光子微透镜151上。平面纳米光子微透镜151和球面微透镜161可以彼此一一对应。当还使用球面微透镜161时，可以防止或减少平面纳米光子微透镜151之间的界面处出现的串扰。

参考图14，设置在像素阵列1100的中心部分处并且彼此相对应的平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区和球面微透镜161的光轴可以对准以彼此一致。彼此相对应的平面纳米光子微透镜151的边界和球面微透镜161的边界也可以彼此一致。

参考图15，设置在像素阵列1100的外缘的平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区与球面微透镜161的光轴可以不彼此一致。此外，设置在平面纳米光子微透镜151上的球面微透镜161可以相对于平面纳米光子微透镜151朝着光入射的方向偏移。例如，在像素阵列1100的右边缘处，球面微透镜161相对于与其相对应的平面纳米光子微透镜151向左偏移。因此，在像素阵列1100的外缘处，球面微透镜161可以相对于与其相对应的平面纳米光子微透镜151朝着像素阵列1100的中心部分偏移。

图15示出设置在像素阵列1100的外缘处的平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区朝着像素阵列1100的中心部分偏移。然而，当还使用球面微透镜161时，设置在像素阵列1100的外缘处的平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区可以不偏移。参考图16，球面微透镜161相对于平面纳米光子微透镜151朝着像素阵列1100的中心部分偏移。球面微透镜161下方的平面纳米光子微透镜151具有不偏移的折射率峰值区。例如，平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区被设置在平面纳米光子微透镜151的中心。即使平面纳米光子微透镜151的折射率峰值区不偏移，入射光可以由于已偏移的球面微透镜161而以更小的入射角入射在感光单元的中心上。

图17至图20是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列1100的截面图。参考图17至图20，图像传感器的像素阵列1100还可以包括：透明介电层170，其厚度从像素阵列1100的中心部分向外缘增大。

参考图17，透明介电层170可以设置在传感器基板110与平面纳米光子微透镜阵列150之间，特别是在滤色器层140与平面纳米光子微透镜阵列150之间。透明介电层170可以具有倾斜的上表面，以使透明介电层170的厚度从像素阵列1100的中心部分向外缘逐渐增大。图17示出透明介电层170的上表面采用具有恒定的倾角的平板形状，但是透明介电层170的上表面可以采用倾角随着CRA增大而增大的弯曲形状。透明介电层170可以设置在像素阵列1100的整个区域上，但是也可以仅设置在像素阵列1100的部分外缘区域上。例如，透明介电层170可以不设置在像素阵列1100中的像素的灵敏度不由于CRA而明显下降的中心部分中。

多个平面纳米光子微透镜151可以以一定的角度布置在透明介电层170的倾斜的上表面上。因为平面纳米光子微透镜151以一定的角度布置，所以入射在平面纳米光子微透镜151上的入射光的入射角可以小于CRA。具体地，当透明介电层170具有倾角随着CRA增大而增大的弯曲的上表面时，入射光可以以几乎恒定的角度入射在整个平面纳米光子微透镜151上。

参考图18，具有倾斜的上表面的透明介电层170可以设置在平面纳米光子微透镜阵列150上。在像素阵列1100的外缘处，由于透明介电层170的倾斜的上表面，入射在透明介电层170的上表面上的入射光的入射角可以小于CRA。此外，因为光被透明介电层170折射，所以入射在位于透明介电层170下方的平面纳米光子微透镜151上的入射光的入射角可以进一步减小。

参考图19和图20，透明介电层170可以具有阶梯形状，其中透明介电层170的厚度从像素阵列1100的中心部分向外缘非连续地增大。如图19所示，具有阶梯形状的透明介电层170可以设置在滤色器层140与平面纳米光子微透镜阵列150之间。此外，如图20所示，具有阶梯形状的透明介电层170可以与滤色器层140相对地设置在平面纳米光子微透镜阵列150上。因为光被透明介电层170折射，所以入射在平面纳米光子微透镜阵列150或滤色器层140上的入射光的入射角可以减小。此外，图19和图20示出透明介电层170的上表面与水平面平行，但是透明介电层170的每一级可以具有倾斜的上表面，以使透明介电层170的厚度从像素阵列1100的中心部分向外缘逐渐增大。

图21是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列1100的平面图。参考图21，像素阵列1100可以包括：设置在中心部分的球面微透镜阵列160、以及设置在外缘的平面纳米光子微透镜阵列150。在像素阵列1100中具有小CRA的中心部分不存在平面纳米光子微透镜151，而是可以仅设置一般球面微透镜阵列160。例如，只有一般球面微透镜阵列160可以设置在CRA小于30度的区域中，并且平面纳米光子微透镜阵列150可以设置在CRA等于或大于30度的区域中。

图22是示出沿图21所示的图像传感器的像素阵列1100的线C-C′截取的一个示例的截面图。参考图22，球面微透镜阵列160和平面纳米光子微透镜阵列150可以布置在同一平面上。例如，包括多个球面微透镜161的球面微透镜阵列160和包括多个平面纳米光子微透镜151的平面纳米光子微透镜阵列150都可以布置在滤色器层140上。

图23是示出沿图21所示的图像传感器的像素阵列1100的线C-C′截取的另一示例的截面图。参考图23，球面微透镜阵列160和平面纳米光子微透镜阵列150可以布置在不同的平面上。例如，平面纳米光子微透镜阵列150可以设置在滤色器层140上。在平面纳米光子微透镜阵列150中的与像素阵列1100的中心部分相对应的区域中，可以不存在高折射率纳米结构151H，而是可以仅存在低折射率纳米结构151L。在像素阵列1100的中心部分，球面微透镜阵列160可以设置在低折射率纳米结构151L上。

在图4A所示的像素阵列1100的截面图中，将第一滤色器141、第二滤色器142和第三滤色器143在水平方向上顺序布置作为示例，但是实施例不必限于此。感测不同波长的光的多个像素的布置可以以各种方式在像素阵列1100中实现。图24A至图24C示出像素阵列1100的各种像素布置的示例。

首先，图24A示出了图像传感器1000中普遍采用的拜尔图案。参考图24A，一个单位图案包括四个象限区域，并且第一象限至第四象限可以分别是蓝色像素B、绿色像素G、红色像素R和绿色像素G。单位图案在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维重复布置。例如，在2×2阵列的单位图案中，两个绿色像素G在一个对角方向上布置，而一个蓝色像素B和一个红色像素R在另一个对角方向上布置。在整个像素布置中，可以沿第二方向重复地布置其中多个绿色像素G和多个蓝色像素B沿第一方向交替布置的第一行、以及其中多个红色像素R和多个绿色像素G沿第一方向交替布置的第二行。

除了拜尔图案之外，像素阵列1100的布置可以变化。例如，参考图24B，可以使用CYGM布置，其中洋红色像素M、青色像素C、黄色像素Y和绿色像素G构成一个单位图案。参考图24C，可以使用RGBW布置，其中绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B和白色像素W构成一个单位图案。单位图案可以具有3×2阵列。除了上述示例之外，像素阵列1100的像素可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置。在下文中，将描述图像传感器1000的像素阵列1100具有拜尔图案，但是操作原理也应用于除了拜尔图案以外的其他类型的像素布置。

在上述示例实施例中，已经描述了将滤色器层140用于入射光的分色，但是使用纳米图案会聚与每个像素相对应的颜色光的分色透镜阵列可以与滤色器层140一起使用，或者可以单独使用而不需要滤色器层140。图25A和图25B是示出根据示例实施例的分色透镜阵列130的结构和作用的概念图。

参考图25A，分色透镜阵列130可以包括根据入射位置有差别地改变入射光Li的相位的纳米柱NP，并且可以分为第一区域131和第二区域132，其中，第一区域131对应于会聚了入射光Li中包括的第一波长光Lλ1的第一目标区域R1，第二区域132对应于会聚了入射光Li中包括的第二波长光Lλ2的第二目标区域R2。第一区域131和第二区域132中的每一个可以包括一个或多个纳米柱NP。第一区域131和第二区域132可以分别面对第一目标区域R1和第二目标区域R2。

分色透镜阵列130可以形成入射光Li中包括的第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布，以使第一波长光Lλ1可以会聚在第一目标区域R1上并且使第二波长光Lλ2可以会聚在第二目标区域R2上。

例如，参考图25B，在第一和第二波长光刚穿过分色透镜阵列130之后的位置(即，在分色透镜阵列130的下表面位置)，分色透镜阵列130可以使第一波长光Lλ1具有第一相位分布PP1并且第二波长光Lλ2具有第二相位分布PP2，以使第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以会聚在各自对应的第一目标区域R1和第二目标区域R2上。具体地，穿过分色透镜阵列130的第一波长光Lλ1可以具有相位分布PP1，其在第一区域131的中心最大，并且在远离第一区域131的中心的方向上(即，在第二区域132的方向上)减小。该相位分布可以类似于光经过凸透镜(例如具有凸心的微透镜)聚合到一点的相位分布，并且第一波长光Lλ1可以会聚在第一目标区域R1上。此外，穿过分色透镜阵列130的第二波长光Lλ2可以具有相位分布PP2，其在第二区域132的中心最大，并且在远离第二区域132的中心的方向上(即，在第一区域131的方向上)减小，并且可以会聚在第二目标区域R2上。

因为材料的折射率取决于进行作用的光的波长，所以如图25B所示，分色透镜阵列130可以提供关于第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布。例如，因为相同的材料根据与该材料作用的光的波长而具有不同的折射率，并且光穿过该材料时所经历的相位延迟根据每个波长也是不同的，所以可以针对每个波长形成不同的相位分布。例如，第一区域131对于第一波长光Lλ1的折射率可以与第一区域131对于第二波长光Lλ2的折射率不同，并且由穿过第一区域131的第一波长光Lλ1经历的相位延迟与由穿过第一区域131的第二波长光Lλ2经历的相位延迟可以彼此不同，因此，考虑光的特性设计的分色透镜阵列130可以提供关于第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布。

分色透镜阵列130可以包括基于特定规则布置的纳米柱NP，以使第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2分别具有第一相位分布PP1和第二相位分布PP2。此处，所述规则可以应用于诸如纳米柱NP的形状、尺寸(宽度和高度)、纳米柱NP之间的距离、以及其布置形式之类的参数，并且这些参数可以根据相位分布确定，以通过分色透镜阵列130来实现。

在第一区域131中布置纳米柱NP的规则和在第二区域132中布置纳米柱NP的规则可以彼此不同。例如，第一区域131中包括的纳米柱NP的形状、尺寸、空间和/或布置可以与第二区域132中包括的纳米柱NP的形状、尺寸、空间和/或布置不同。

纳米柱NP的截面直径可以具有亚波长尺寸。此处，亚波长指小于要分出的光的波段的波长。纳米柱NP可以具有小于第一波长和第二波长中较短的波长的尺寸。当入射光Li是可见光线时，纳米柱NP的截面直径可以具有小于400nm、300nm或200nm的尺寸。纳米柱NP的高度可以是500nm至1500nm，并且可以大于其截面直径。纳米柱NP可以是在高度方向(Z方向)上堆叠的两个或更多个柱的组合。

纳米柱NP可以包括具有比周围材料的折射率高的折射率的材料。例如，纳米柱NP可以包括c-Si、p-Si、a-Si、III-V族化合物半导体(磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)等)、碳化硅(SiC)、二氧化钛(TiO₂)、氮化硅(SiN)和/或其组合。具有与周围材料的折射率不同的折射率的纳米柱NP可以改变穿过纳米柱NP的光的相位。这是由于纳米柱NP的亚波长的形状尺寸而出现的相位延迟而导致的，并且相位延迟的程度可以由纳米柱NP的具体形状尺寸、布置类型等确定。纳米柱NP周围的材料可以包括具有比纳米柱NP的折射率低的折射率的介电材料，例如SiO₂或空气。

第一波长和第二波长可以在可见光线的波段中，但是不限于此。第一波长和第二波长可以采用与纳米柱NP的布置规则一致的各种波长。虽然分出并且会聚两个波长，但是入射光可以根据波长分为三个或更多个方向并且会聚。

在下文中，将在下面描述将上述分色透镜阵列130应用于图像传感器1000的像素阵列1100的示例。

图26A和图26B是根据示例实施例的图像传感器的像素阵列1100的示意截面图。图27A是示出感光单元111、112、113和114的布置的示意平面图，图27B是示出分色透镜阵列130的纳米柱NP的布置的示例的平面图，并且图27C是图27B的一部分的详细的放大的平面图。

参考图26A和图26B，像素阵列1100可以包括：传感器基板110，包括感测光的多个感光单元111、112、113和114；滤色器层140，设置在传感器基板110上；平面纳米光子微透镜阵列150，设置在滤色器层140上；透明间隔层120，设置在平面纳米光子微透镜阵列150上；以及设置在间隔层120上的分色透镜阵列130。

如图26A所示，第一感光单元111和第二感光单元112可以在第一方向(X方向)上交替地布置，并且在Y方向位置与图26A不同的截面中，如图26B所示，第三感光单元113和第四感光单元114可以交替地布置。如图26A所示，第一滤色器141和第二滤色器142还可以在X方向上交替地布置，并且在Y方向位置与图26A不同的截面中，如图26B所示，第三滤色器143和第四滤色器141可以交替地布置。图27A示出当像素阵列1100具有如图24A所示的拜尔图案时的感光单元111、112、113和114的布置。该布置用于利用诸如拜尔图案之类的单位图案分别感测入射光。例如，布置为面对第一滤色器141的第一感光单元111和第四感光单元114可以感测第一波长光，布置为面对第二滤色器142的第二感光单元112可以感测第二波长光，并且布置为面对第三滤色器143的第三感光单元113可以感测第三波长光。在下文中，作为示例，第一波长光被示出为绿色光，第二波长光被示出为蓝色光，并且第三波长光被示出为红色光，并且第一感光单元111和第四感光单元114可以对应于绿色像素G，第二感光单元112可以对应于蓝色像素B，并且第三感光单元113可以对应于红色像素R。还可以在单元之间的边界上形成用于分隔单元的分隔器。

间隔层120可以设置在传感器基板110与分色透镜阵列130之间，以使传感器基板110与分色透镜阵列130之间的间隙保持恒定。间隔层120可以包括对于可见光线透明的材料，例如在可见光线波段中具有比纳米柱NP的折射率低的折射率和低吸收系数的介电材料，例如SiO₂、硅氧烷基旋涂玻璃(SOG)等。平面纳米光子微透镜阵列150可以被视为掩埋在间隔层120中的结构。间隔层120的厚度h可以被选择为在h_t-p≤h≤h_t+p的范围内。在这个方面，当间隔层120对于波长λ₀的折射率是n、感光单元的间距是p时，间隔层120的理论厚度h_t可以由以下等式1表示。

【等式1】

此处，间隔层120的理论厚度h_t可以指由分色透镜阵列130将具有λ₀的波长的光会聚到感光单元111、112、113和114的上表面上的焦距。λ₀可以是用于确定间隔层120的厚度h的参考波长，并且间隔层120的厚度可以根据540nm(即，绿色光的中心波长)来设计。

分色透镜阵列130可以由间隔层120支撑，并且可以包括改变入射光的相位的纳米柱NP、以及设置在纳米柱NP之间并且具有低于纳米柱NP的折射率的折射率的电介质(例如空气或SiO₂)。

参考图27B，分色透镜阵列130可以划分为与图27A的第一感光单元至第四感光单元111、112、113和114分别相对应的第一区域至第四区域131、132、133和134。第一区域至第四区域131、132、133和134可以设置为分别面对第一感光单元至第四感光单元111、112、113和114。例如，分色透镜阵列130的第一区域131可以设置为对应于第一感光单元111，第二区域132可以设置为对应于第二感光单元112，第三区域133可以设置为对应于第三感光单元113，并且第四区域134可以设置为对应于第四感光单元114。第一区域至第四区域131、132、133和134可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维地布置，以使其中第一区域131与第二区域132交替布置的第一行和其中第三区域133与第四区域134交替布置的第二行彼此交替地重复布置。分色透镜阵列130还可以包括与传感器基板110的感光单元阵列相似的多个二维布置的单位图案，并且每个单位图案可以包括以2×2形式布置的第一区域至第四区域131、132、133和134。

图26A和图26B示出第一区域至第四区域131、132、133和134与第一感光单元至第四感光单元111、112、113和114具有相同的尺寸并且在竖直方向上彼此面对的结构作为示例，但是分色透镜阵列130可以分为以其他形式定义的多个区域，例如用于会聚第一波长光的区域、用于会聚第二波长光的区域等。

分色透镜阵列130可以包括确定了尺寸、形状、空间和/或布置的纳米柱NP，以使第一波长光分出并且会聚在第一感光单元111和第四感光单元114上、第二波长光分出并且会聚在第二感光单元112上、以及第三波长光分出并且会聚在第三感光单元113上。分色透镜阵列130的(Z方向)厚度可以类似于纳米柱NP的高度，并且可以是约500nm至约1500nm。

参考图27B，第一区域至第四区域131、132、133和134可以包括均具有圆形截面的圆柱形状的纳米柱NP。彼此具有不同的截面面积的纳米柱NP布置在第一区域至第四区域131、132、133和134中的每一个的中心部分上。纳米柱NP还可以布置在像素之间的边界的中心和像素边界的交点上。布置在像素之间的边界的纳米柱NP的截面面积可以小于布置在像素的中心部分的纳米柱NP的截面面积。

图27C是图27B的一部分区域(即，构成单位图案的第一区域至第四区域131、132、133和134)中的纳米柱NP的布置的详细视图。在图27C中，纳米柱NP根据其在单位图案中的具体位置被表示为p1至p9。参考图27C，在纳米柱NP中，第一区域131的中心部分处的纳米柱p1和第四区域134的中心部分处的纳米柱p4的截面面积比第二区域132的中心部分处的纳米柱p2和第三区域133的中心部分处的纳米柱p3的截面面积大，并且第二区域132的中心部分处的纳米柱p2的截面面积比第三区域133的中心部分处的纳米柱p3的截面面积大。然而，这仅是示例，并且可以根据需要应用具有各种形状、尺寸间隔和/或布置的纳米柱NP。

与绿色像素G相对应的第一区域131和第四区域134中包括的纳米柱NP可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的分布规则。例如，第一区域311和第四区域314中布置的纳米柱NP可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的尺寸布置。如图27C所示，在纳米柱NP中，位于第一区域131与在第一方向(X方向)上与第一区域131相邻的第二区域132之间的边界处的纳米柱p5的截面面积不同于位于第一区域131与在第二方向(Y方向)上与第一区域131相邻的第三区域133之间的边界处的纳米柱p6的截面面积。类似地，位于第四区域134与在第一方向(X方向)上与第四区域134相邻的第三区域133之间的边界处的纳米柱p7的截面面积不同于位于第四区域134与在第二方向(Y方向)上与第四区域134相邻的第二区域132之间的边界处的纳米柱p8的截面面积。

布置在与蓝色像素B相对应的第二区域132和与红色像素R相对应的第三区域133中的纳米柱NP可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有对称的分布规则。如图27C所示，在纳米柱NP之中，对于第二区域132，在其与在第一方向(X方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱p5的截面面积和在其与在第二方向(Y方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱p8的截面面积彼此相同，并且以相似方式，对于第三区域133，在其与在第一方向(X方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱p7的截面面积和在其与在第二方向(Y方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱p6的截面面积彼此相同。

此外，在第一区域至第四区域131、132、133和134中的每一个的四个角(即四个区域彼此相交的点)的纳米柱p9具有彼此相同的截面面积。

以上分布由拜尔图案中的像素布置导致。蓝色像素B和红色像素R在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的相邻像素是绿色像素G，但是与第一区域131相对应的绿色像素G在第一方向(X方向)上的相邻像素是蓝色像素B，并且该绿色像素G在第二方向(Y方向)上的相邻像素是红色像素R。此外，与第四区域134相对应的绿色像素G在第一方向(X方向)上的相邻像素是红色像素R，并且该绿色像素G在第二方向(Y方向)上的相邻像素是蓝色像素B。此外，对应于第一区域131和第四区域134的绿色像素G在四个对角方向上与相同的像素(例如绿色像素G)相邻，对应于第二区域132的蓝色像素B在四个对角方向上与相同的像素(例如红色像素R)相邻，并且对应于第三区域133的红色像素R在四个对角方向上与相同的像素(例如蓝色像素B)相邻。因此，在分别与蓝色像素B和红色像素R相对应的第二区域132和第三区域133中，纳米柱NP可以以4重对称的形式布置，并且在与绿色像素G相对应的第一区域131和第四区域134中，纳米柱NP可以以2重对称的形式布置。具体地，第一区域131和第四区域134相对于彼此旋转90°角。

图27B和图27C的纳米柱NP具有对称的圆形截面形状。然而，可以包括一些具有非对称的截面形状的纳米柱。例如，对应于绿色像素G的第一区域131和第四区域134可以使用具有在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同宽度的非对称的截面形状的纳米柱，并且对应于蓝色像素B和红色像素R的第二区域132和第三区域133可以使用具有在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有相同宽度的对称的截面形状的纳米柱。

分色透镜阵列130的布置规则是用于实现以下相位分布的示例，其中，具有第一波长的光分出并且会聚到第一感光单元111和第四感光单元114上，具有第二波长的光分出并且会聚到第二感光单元112上，并且具有第三波长的光分出并且会聚到第三感光单元113上，但是该布置规则不限于所示出的图案。

图28A示出沿图27B的线I-I′穿过分色透镜阵列130的第一波长光和第二波长光的相位分布PP1和PP2，图28B示出穿过分色透镜阵列130的第一波长光在第一区域至第四区域131、132、133和134的中心处的相位，并且图28C示出穿过分色透镜阵列130的第二波长光在第一区域至第四区域131、132、133和134的中心处的相位。图28A所示的第一波长光和第二波长光的相位分布PP1和PP2与参考图25B描述的第一波长和第二波长的光的相位分布PP1和PP2相同。

参考图28A和图28B，穿过分色透镜阵列130的第一波长光可以具有第一相位分布PP1，其在第一区域131的中心最大，并且在远离第一区域131的中心的方向上减小。例如，在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置(在分色透镜阵列130的下表面位置或在间隔层120的上表面)，第一波长的相位可以在第一区域131的中心为最大，可以随着远离第一区域131的中心以同心圆的形式逐渐减小，可以在第二区域132和第三区域133在X方向和Y方向上的中心为最小，并且可以在第一区域131与第四区域134在对角方向上的接触点为最小。当从第一区域131的中心发射的第一波长的光的相位被确定为2π时，可以发射在第二区域132和第三区域133的中心处相位为0.9π至1.1π的光、在第四区域134的中心处相位为2π的光、以及在第一区域131与第四区域134的接触点处相位为1.1π至1.5π的光。第一相位分布PP1可以不表示穿过第一区域131的中心的光的相位延迟量最大。当穿过第一区域131的光的相位被确定为2π时，穿过另一个位置的光的相位值(在相位延迟大于2π时)可以是通过去除2nπ剩余的值，即，卷绕相位的分布。例如，当穿过第一区域131的光的相位是2π并且穿过第二区域132的中心的光的相位是3π时，第二区域132中的相位可以是通过从3π去除2π(n＝1时)剩余的π。

参考图28A和图28C，穿过分色透镜阵列130的第二波长光可以具有相位分布PP2，其在第二区域132的中心最大并且在远离第二区域132的中心的方向上减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置，第二波长的相位可以在第二区域132的中心为最大，可以随着远离第二区域132的中心以同心圆形式逐渐减小，可以在第一区域131和第四区域134在X方向和Y方向上的中心为最小，并且可以在第三区域133在对角方向上的中心为最小。当第二波长光在第二区域132的中心的相位是2π时，第二波长光的相位在第一区域131和第四区域134的中心可以是0.9π至1.1π，并且在第三区域133的中心可以是小于π的值(例如0.2π至0.9π)。

图28D示出入射在图28A和图28B的分色透镜阵列130的第一区域131及其周围的第一波长光的行进方向的示例，并且图28E示出相对于第一波长光与分色透镜阵列130等同的微透镜阵列的示例。

如图28D所示，入射在第一区域131的周围的第一波长光由分色透镜阵列130会聚在第一感光单元111上，并且来自第一区域至第三区域131、132和133的第一波长光入射在第一感光单元111上。针对图28A和图28B所描述的第一波长光的相位分布类似于穿过虚拟第一微透镜ML1的光的相位分布，所述虚拟第一微透镜ML1是通过连接与第一区域131相邻且一条边彼此面对的两个第二区域132和两个第三区域133的中心得到的。因此，如图28E所示，分色透镜阵列130可以等同于基于第一区域131针对入射在第一区域131周围的第一波长光所布置的多个第一微透镜ML1的阵列。因为每个等同的第一微透镜ML1比对应的第一感光单元111大的面积，所以不仅是入射在第一区域131上的第一波长光、而且入射在第二区域132和第三区域133上的第一波长光也可以会聚在第一感光单元111上。第一微透镜ML1的面积可以是对应的第一感光单元111的面积的1.2倍至2倍。

图28F示出入射在图28A和图28B的分色透镜阵列130的第二区域132及其周围的第二波长光的行进方向的示例，并且图28G示出相对于第二波长光与分色透镜阵列130等同的微透镜阵列的示例。

第二波长光由分色透镜阵列130如图28F所示地会聚在第二感光单元112上，并且来自第一区域至第四区域131、132、133和134的第二波长光入射在第二感光单元112上。上面参考图28A和图28C描述的第二波长光的相位分布类似于穿过虚拟第二微透镜ML2的光的相位分布，所述虚拟第二微透镜ML2是通过连接与第二区域132相邻且顶点彼此面对的四个第三区域133的中心得到的。因此，如图28G所示，分色透镜阵列130可以等同于基于第二区域132所布置的关于第二波长光的多个第二微透镜ML2的阵列。因为每个第二微透镜ML2大于对应的第二感光单元112，所以不仅是沿第二感光单元112的方向入射的第二波长光、而且沿第一感光单元111、第三感光单元113和第四感光单元114的方向入射的第二波长光也可以会聚在第二感光单元112上。第二微透镜ML2的面积可以是对应的第二感光单元112的面积的1.5倍至4倍。

图29A示出沿图27B的线II-II′穿过分色透镜阵列130的第一波长光和第三波长光的相位分布PP4和PP3，图29B示出穿过分色透镜阵列130的第三波长光在第一区域至第四区域131、132、133和134的中心处的相位，并且图29C示出穿过分色透镜阵列130的第一波长光在第一区域至第四区域131、132、133和134的中心处的相位。

参考图29A和图29B，穿过分色透镜阵列130的第三波长光可以具有与上述关于第二区域132的第二波长光的相位分布相似的第三相位分布PP3。相位分布PP3可以在第三区域133的中心最大并且在远离第三区域133的中心的方向上减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置，第三波长的相位可以在第三区域133的中心为最大，可以随着远离第三区域133的中心以同心圆的形式逐渐减小，可以在第一区域131和第四区域134在X方向和Y方向上的中心为最小，并且可以在第二区域132在对角方向上的中心为最小。当第三波长光在第三区域133的中心的相位是2π时，第三波长光的相位在第一区域131和第四区域134的中心可以是0.9π至1.1π，并且在第二区域132的中心可以是小于π的值(约0.2π至0.9π)。

图29D示出入射在图29A和图29B的分色透镜阵列130的第三区域133及其周围的第三波长光的行进方向的示例，并且图29E示出相对于第三波长光与分色透镜阵列130等同的微透镜阵列的示例。

如图29D所示，第三波长光由分色透镜阵列130会聚到第三感光单元113，并且来自第一区域至第四区域131、132、133和134的第三波长光入射在第三感光单元113上。上面参考图29A和图29B描述的第三波长光的相位分布类似于穿过虚拟第三微透镜ML3的光的相位分布，所述虚拟第三微透镜ML3是通过连接与第三区域133相邻且顶点彼此面对的四个第二区域132的中心得到的。因此，如图29E所示，分色透镜阵列130可以等同于基于第三感光单元113所布置的关于第三波长光的多个第三微透镜ML3的阵列。因为每个第三微透镜ML3的面积大于对应的第三感光单元113的面积，所以不仅是沿第三感光单元113的方向入射的第三波长光，而且沿第一感光单元111、第二感光单元112和第四感光单元114的方向入射的第三波长光也可以会聚在第三感光单元113上。第三微透镜ML3的面积可以是对应的第三感光单元113的面积的1.5倍至4倍。

参考图29A和图29C，入射在第四区域134的周围的第一波长光可以具有与上述关于第一区域131的第一波长光的相位分布相似的第四相位分布PP4。所述相位分布可以在第四区域134的中心最大并且在远离第四区域134的中心的方向上减小。在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置，关于第四区域134的第一波长光的相位可以在第四区域134的中心为最大，可以随着远离第四区域134的中心以同心圆的形式逐渐减小，可以在第二区域132和第三区域133在X方向和Y方向上的中心为最小，并且可以在第一区域131与第四区域134在对角方向上的接触点为最小。当第一波长光的相位在第四区域134的中心是2π时，第一波长光的相位可以在第二区域132和第三区域133的中心是0.9π至1.1π，在第一区域131的中心是2π，并且在第一区域131和第四区域134的接触点是1.1π至1.5π。

图29F示出入射在图29A和图29B的分色透镜阵列130的第四区域134及其周围的第一波长光的行进方向的示例，并且图29G示出相对于第一波长光与分色透镜阵列130等同的微透镜阵列的示例。第一波长光会聚在两个感光单元(即，第一感光单元111和第四感光单元114)上，并且入射在第四区域134上的第一波长光的相位分布和行进方向类似于入射在第一区域131上的第一波长光的相位分布和行进方向，因此省略其冗余描述。

参考图29F，入射在第四区域134的周围的第一波长光由分色透镜阵列130会聚到第四感光单元114，并且来自第二区域至第四区域132、133和134的第一波长光入射在第四感光单元114上。如图29G所示，分色透镜阵列130可以等同于基于第四感光单元114针对入射在第四区域134周围的第一波长光所布置的多个第四微透镜ML4的阵列。

分色透镜阵列130对于在特定角度范围中入射的光也高效地起作用，但是当入射角偏离该特定角度范围时分色性能可能变差。因此，可以考虑根据像素阵列1100上的位置而变化的入射光的CRA来不同地设计分色透镜阵列130的纳米柱的布置形状。图30A至图30C是示出分色透镜阵列130的纳米柱NP的布置样式根据在像素阵列1100上的位置而改变的平面图。具体地，图30A示出布置在像素阵列1100的中心部分的纳米柱NP的位置，图30B示出布置在像素阵列1100的中心部分与边缘之间的纳米柱NP的位置，并且图30C示出布置在像素阵列1100的边缘的纳米柱NP的位置。图30A至图30C不旨在限制特定的纳米柱NP的布置，而是仅用于概念性地说明纳米柱NP的相对位置根据在像素阵列1100上的位置而改变。

如图30A至图30C所示，从像素阵列1100的中心部分到边缘，分色透镜阵列130的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域可以被偏移和设置为越来越远离与其相对应的像素或感光单元。例如，在像素阵列1100的中心部分、分色透镜阵列130的中心部分或传感器基板110的中心部分处，分色透镜阵列130的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域的位置可以和与其分别相对应的绿色像素、蓝色像素、红色像素和绿色像素的位置(或与其分别相对应的感光单元的位置)一致。随着第一区域、第二区域、第三区域和第四区域远离像素阵列1100的中心部分、分色透镜阵列130的中心部分或传感器基板110的中心部分，分色透镜阵列130的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域可以被偏移和设置为越来越远离与其分别相对应的绿色像素、蓝色像素、红色像素和绿色像素的位置(或与其分别相对应的感光单元的位置)。分色透镜阵列130的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域偏移的程度可以由入射在分色透镜阵列130上的光的CRA确定。具体地，在像素阵列1100的外缘、分色透镜阵列130的外缘或传感器基板110的外缘处，分色透镜阵列130的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域可以相对于分别与其相对应的第一感光单元、第二感光单元、第三感光单元和第四感光单元朝着像素阵列1100的中心部分的方向偏移。

根据示例实施例，已经描述了像素阵列1100的中心部分是像素阵列1100的实际中心部分，由于像素阵列1100包括被布置为彼此面对的平面纳米光子微透镜阵列150、分色透镜阵列130和传感器基板110，因此像素阵列1100的中心部分也可以是平面纳米光子微透镜阵列150的中心部分、分色透镜阵列130的中心部分或传感器基板110的中心部分。类似地，在下文中，像素阵列1100的外缘/边缘可以指平面纳米光子微透镜阵列150的外缘/边缘、分色透镜阵列130的外缘/边缘或传感器基板110的外缘/边缘。

图31是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列1100的结构的截面图。参考图31，像素阵列1100与上述示例实施例的不同在于：像素阵列1100包括具有以两级堆叠的纳米柱NP的分色透镜阵列130。纳米柱NP可以包括：设置在间隔层120上的第一纳米柱NP1、以及设置在第一纳米柱NP1上的第二纳米柱NP2。第二纳米柱NP2可以相对于第一纳米柱NP1沿光的倾斜方向偏移。例如，当入射在分色透镜阵列130上的光从右向左倾斜时，第二纳米柱NP2可以相对于第一纳米柱NP1向右偏移。当入射在分色透镜阵列130上的光从左向右倾斜时，第二纳米柱NP2可以相对于第一纳米柱NP1向左偏移。

考虑到入射在像素阵列1100上的光的CRA，第二纳米柱NP2还可以相对于第一纳米柱NP1朝着像素阵列1100的中心部分的方向偏移。例如，从像素阵列1100的中心部分到左边缘，第二纳米柱NP2可以相对于第一纳米柱NP1更向右偏移，从像素阵列1100的中心部分到右边缘，第二纳米柱NP2可以相对于第一纳米柱NP1更向左偏移。

类似地，分色透镜阵列130的第三区域133和第四区域134相对于分别与其相对应的红色像素(或第三感光单元113)和绿色像素(或第四感光单元114)朝着像素阵列1100的中心部分的方向偏移。例如，从像素阵列1100的中心部分到左边缘，分色透镜阵列130的第三区域133和第四区域134可以相对于分别与其相对应的红色像素和绿色像素更向右偏移。布置在分色透镜阵列130的另一截面中的第一区域和第二区域也可以相对于分别与第一区域和第二区域相对应的绿色像素(或第一感光单元)和蓝色像素(或第二感光单元)朝着像素阵列1100的中心部分的方向偏移。

具体地，分色透镜阵列130的第三区域133和第四区域134可以偏移，以分别使红色光和绿色光会聚在分别与第三区域133和第四区域134相对应的第三感光单元113的中心部分和第四感光单元114的中心部分上。分色透镜阵列130的第三区域133和第四区域134偏移的距离可以根据例如以下等式2来确定。

【等式2】

s＝d×tan(CRA′)

在等式2中，d表示分色透镜阵列130的下表面与传感器基板110的上表面之间的最短距离或间隔，并且CRA’表示入射在传感器基板110上的光的入射角度。此外，CRA′可以根据以下等式3来确定。

【等式3】

CRA′＝sin^-1(sin CRA×n)

在公式3中，CRA是入射在分色透镜阵列130上的光的入射角度，并且n表示布置在分色透镜阵列130和传感器基板110之间的材料的平均折射率。因此，分色透镜阵列130的第三区域133和第四区域134和与第三区域133和第四区域134相对应的像素偏离的距离可以根据入射在分色透镜阵列130上的光的入射角度和布置在分色透镜阵列130和传感器基板110之间的材料的平均折射率来确定。

图32是示出根据另一示例实施例的图像传感器1000的像素阵列1100的示意结构的截面图。当使用分色透镜阵列130时，由于滤色器层140引起的损失减小，从而提高了图像传感器1000的光利用效率。此外，当分色透镜阵列130和滤色器层140一起使用时，可以实现高颜色纯度。如果由分色透镜阵列130产生了用于实现高颜色纯度的足够的分色，那么如图32所示，可以省略滤色器层140。图32所示的配置与图31所示的配置相同，但是省略了滤色器层140。

图33是示出在分色透镜阵列130中二维布置的纳米柱NP1和NP2的偏移形态的示例的平面图。参考图33，在像素阵列1100的中心部分处，分色透镜阵列130的第二纳米柱NP2相对于第一纳米柱NP1不偏移。在像素阵列1100的外缘处，分色透镜阵列130的第二纳米柱NP2相对于第一纳米柱NP1朝着像素阵列1100的中心部分偏移。因此，分色透镜阵列130的总面积可以小于像素阵列1100的总面积或传感器基板110的总面积。分色透镜阵列130的总面积也可以基本等于平面纳米光子微透镜阵列150的总面积。

图27B所示的分色透镜阵列130仅是一个示例，并且可以根据图像传感器的颜色特性、像素间距、入射光的入射角等设计各种类型的分色透镜阵列130。已经描述了分色透镜阵列130包括彼此隔开的多个圆柱形的纳米柱NP，但是实施例不限于此。

图34A和图34B是分别示出根据另一示例实施例的可以应用于拜尔图案类型的图像传感器的分色透镜阵列130′和130″的单位图案的示例的平面图。参考图34A，分色透镜阵列130′可以包括采用16× 16矩形布置的数字化二值形式的第一区域至第四区域131′、132′、133′和134′。分色透镜阵列130′的单位图案具有32×32矩形形状。参考图34B，分色透镜阵列130″的第一区域至第四区域131″、132″、133″和134″中的每一个采用未数字化的连续曲线的形式。应用于图34A和图34B所示的分色透镜阵列130′和130″的第一区域至第四区域131′、132′、133′、134′、131″、132″、133″和134″的规则与应用于分色透镜阵列130的第一区域至第四区域131、132、133和134的规则相同。

满足上述分色透镜阵列130的相位分布和性能的分色透镜阵列130′和130″可以通过各种类型的计算机仿真来自动设计。例如，可以通过诸如遗传算法、粒子群优化算法、蚁群算法等的自然启发算法或基于伴随优化算法的反向设计对第一区域至第四区域131′、132′、133′、134′、131″、132″、133″和134″的结构进行优化。

在设计分色透镜阵列130′和130″时，在基于评估因素(例如分色光谱、光学效率、信噪比等)评估候选分色透镜阵列的性能的同时，可以优化第一区域至第四区域131′、132′、133′、134′、131″、132″、133″和134″的第一图案至第四图案。例如，可以通过以下方式来优化第一区域至第四区域131′、132′、133′、134′、131″、132″、133″和134″的图案：在预先确定每个评估因素的目标数值时，将与评估因素的目标数值的差的总和最小化。根据另一个示例实施例，可以针对每个评估因素对性能进行索引，并且可以优化第一区域至第四区域131′、132′、133′、134′、131″、132″、133″和134″，以使表示性能的值可以被最大化。

在上述包括分色透镜阵列130、130′和130″的图像传感器1000中，因为由滤色器(例如有机滤色器)而引起的光损失很少出现，所以即使当像素的尺寸减小时也可以向像素提供足够的光强度。因此，可以制造具有数亿个或更多像素的超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器。这种超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器可用于各种高性能光学设备或高性能电子装置。例如，电子装置可以包括例如智能电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种便携式设备、电子装置、监视相机、医用相机、汽车、物联网(IoT)、其他移动或非移动计算设备，并且不限于此。

除了图像传感器1000之外，电子装置还可以包括控制图像传感器的处理器，例如，应用处理器(AP)，以通过处理器驱动操作系统或应用程序并且控制多个硬件或软件组件，并且执行各种数据处理和操作。处理器还可以包括图形处理单元(GPU)和/或图像信号处理器。当处理器包括图像信号处理器时，通过图像传感器获得的图像(或视频)可以使用处理器来存储和/或输出。

图35是示出根据示例实施例的包括图像传感器1000的电子装置1801的示例的框图。参考图35，在网络环境1800中，电子装置1801可以通过第一网络1898(短程无线通信网络等)与另一个电子装置1802通信，或者通过第二网络1899(远程无线通信网络等)与另一个电子装置1804和/或服务器1808通信。电子装置1801可以通过服务器1808与电子装置1804通信。电子装置1801可以包括处理器1820、存储器1830、输入设备1850、声音输出设备1855、显示设备1860、音频模块1870、传感器模块1876、接口1877、触觉模块1879、相机模块1880、电力管理模块1888、电池1889、通信模块1890、用户识别模块1896和/或天线模块1897。电子装置1801可以省略组件中的一些(显示设备1860等)，或者还可以包括其他组件。可以将组件中的一个或多个组件实现为集成电路。例如，传感器模块1876(指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以嵌入在显示设备1860(显示器等)中。

处理器1820可以配置为执行软件(程序1840等)以控制电子装置1801的一个或多个组件(硬件或软件组件)、连接到处理器1820的组件，并且执行各种数据处理或计算。作为数据处理或计算的一部分，处理器1820可以配置为将从其他组件(传感器模块1876、通信模块1890等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器1832中，处理存储在易失性存储器1832中的命令和/或数据，并将结果数据存储在非易失性存储器1834中。处理器1820可以包括主处理器1821(中央处理单元(CPU)、应用处理器(AP)等)以及可以独立于主处理器1821操作或与主处理器1821一起操作的辅处理器1823(图形处理单元(GPU)、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅处理器1823可以使用比主处理器1821更少的功率并且可以执行指定的功能。

当主处理器1821处于非激活状态(休眠状态)时，辅处理器1823可以负责控制与电子装置1801的组件之中的一个或多个组件(显示设备1860、传感器模块1876、通信模块1890等)有关的功能和/或状态的操作，或者当主处理器1821处于激活状态(应用执行状态)时，辅处理器1823可以与主处理器1821一起执行同一操作。辅处理器1823(图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为其他功能上相关的组件(相机模块1880、通信模块1890等)的一部分。

存储器1830可以存储电子装置1801的组件(处理器1820、传感器模块1876等)所需要的各种数据。所述各种数据可以包括例如软件(程序1840等)和与软件有关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器1830可以包括易失性存储器1832和/或非易失性存储器1834。

程序1840可以作为软件被存储在存储器1830中，并且可以包括操作系统1842、中间件1844和/或应用1846。

输入设备1850可以从电子装置1801的外部接收要由电子装置1801的组件(处理器1820等)使用的命令和/或数据。输入设备1850可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(手写笔等)。

声音输出设备1855可以向电子装置1801的外部输出声音信号。声音输出设备1855可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体播放或录制播放之类的通用目的，听筒可以用于接收来电。听筒可以耦接到扬声器作为扬声器的一部分或者可以被实现为独立的设备。

显示设备1860可以可视地向电子装置1801的外部提供信息。显示设备1860可以包括显示器、全息设备、或用于控制投影仪和相应设备的控制电路。显示设备1860可以包括配置为感测触摸操作的触摸电路和/或配置为测量通过触摸操作所生成的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。

音频模块1870可以将声音转换成电信号，或者将电信号转换成声音。音频模块1870可以经由输入设备1850获得声音，或者可以经由声音输出设备1855和/或直接地或无线地连接到电子装置1801的电子装置(电子装置1802等)的扬声器和/或耳机输出声音。

传感器模块1876可以感测电子装置1801的操作状态(功率、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且可以生成与所感测的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块1876可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、大气传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。

接口1877可以支持一个或多个指定的协议，所述指定的协议用于电子装置1801直接或无线连接到另一个电子装置(电子装置1802等)。接口1877可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)接口、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。

连接端子1878可以包括连接器，电子装置1801可以通过该连接器物理连接到另一电子装置(电子装置1802等)。连接端子1878可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。

触觉模块1879可以将电信号转换成用户可经由触觉或运动感觉识别的机械刺激(振动、运动等)或电刺激。触觉模块1879可以包括电机、压电设备和/或电刺激设备。

相机模块1880可以捕获静止图像和视频。相机模块1880可以包括：包括一个或多个透镜的透镜组件、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块1880中包括的透镜组件可以采集从要捕捉图像的对象发射的光。

电力管理模块1888可以管理供应给电子装置1801的电力。电力管理模块1888可以实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。

电池1889可以向电子装置1801的组件供电。电池1889可以包括不可再充电主电池、可再充电二次电池和/或燃料电池。

通信模块1890可以支持在电子装置1801和其他电子装置(电子装置1802、电子装置1804、服务器1808等)之间建立(有线)通信信道和/或无线通信信道，并通过所建立的通信信道执行通信。通信模块1890可以包括一个或多个通信处理器，其独立于处理器1820(应用处理器等)操作并且支持直接通信和/或无线通信。通信模块1890可以包括无线通信模块1892(蜂窝通信模块、短程无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块1894(局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。这些通信模块之中的对应通信模块可以通过第一网络1898(诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短程无线通信网络)或第二网络1899(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)之类的远程通信网络)与其他电子装置通信。上述各种类型的通信模块可以集成为单个组件(单个芯片等)或实现为多个组件(多个芯片)。无线通信模块1892可以通过使用存储在用户识别模块1896中的用户信息(国际移动用户标识(IMSI)等)在第一网络1898和/或第二网络1899中识别和认证电子装置1801。

天线模块1897可以向外部(其他电子装置等)发射信号和/或功率或从外部接收信号和/或功率。天线可以包括：发射器，包括在基板(印刷电路板(PCB)等)上形成的导电图案。天线模块1897可以包括一个天线或多个天线。当天线模块1897包括多个天线时，可以选择适合于在诸如第一网络1898和/或第二网络1899之类的通信网络中使用的通信方法的适当的天线。通过所选择的天线，可以在通信模块1890和其他电子装置之间发射或接收信号和/或功率。除了天线之外，可以在天线模块1897中包括其他组件(射频集成电路(RFIC)等)。

电子装置1801的组件中的一个或多个组件可以通过在外围设备之中执行的通信方法(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外缘总线(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)彼此连接并且彼此交换信号(命令、数据等)。

可以通过连接到第二网络1899的服务器1808在电子装置1801和另一个外部电子装置1804之间发送或接收命令或数据。其他电子装置1802和1804可以是与电子装置1801同种或不同种类型的电子装置。在电子装置1801中执行的所有操作或一部分操作可以由其他电子装置1802、1804和1808中的一个或多个执行。例如，当电子装置1801必须执行功能或服务时，代替直接执行该功能或服务，可以请求一个或多个其他电子装置执行该功能或服务的一部分或全部。接收所述请求的一个或多个电子装置可以执行与所述请求有关的附加的功能或服务，并且可以将执行的结果发送到电子装置1801。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。

图36是示出图35的相机模块1880的框图。参考图36，相机模块1880可以包括透镜组件1910、闪光灯1920、图像传感器1000(参见图1)、图像稳定器1940、存储器1950(缓冲器存储器等)和/或图像信号处理器1960。透镜组件1910可以采集从作为图像捕捉的目标的对象发射的光。相机模块1880可以包括多个透镜组件1910，并且在这种情况下，相机模块1880可以包括双相机、360度相机或球形相机。多个透镜组件1910中的一些可以具有相同的透镜属性(视角、焦距、AF、F数、光学变焦等)或者可以具有不同的透镜属性。透镜组件1910可以包括广角透镜或远摄透镜。

闪光灯1920可以发射用于增强从对象发射或反射的光的光。闪光灯1920可以包括一个或多个发光二极管(红绿蓝(RGB)LED、白LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙气灯。图像传感器1000可以是图1中描述的图像传感器1000，并且可以通过将从对象发射或反射并且通过透镜组件1910传输的光转换成电信号来获得与该对象相对应的图像。图像传感器1000可以包括从具有不同的属性的图像传感器(例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器)选择的一个或多个传感器。图像传感器1000中包括的传感器中的每个传感器可以被实现为电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。

图像稳定器1940可以响应于相机模块1880或包括相机模块1880的电子装置1801的移动而在特定方向上移动包括在透镜组件1910中的一个或多个透镜或图像传感器1000，或者控制图像传感器1000的操作特征(调整读出定时等)以补偿由于移动而导致的负面影响。图像稳定器1940可以使用设置在相机模块1880的内部或外部的陀螺仪传感器或加速度传感器来检测相机模块1880或电子装置1801的移动。图像稳定器1940可以以光学形式实现。

存储器1950可以存储通过图像传感器1000获得的图像的一部分或全部数据，用于接下来的图像处理操作。例如，当高速获得多个图像时，获得的原始数据(拜耳图案数据、高分辨率数据等)可以存储在存储器1950中，可以仅显示低分辨率图像，然后可以将选择(用户选择等)的图像的原始数据发送到图像信号处理器1960。存储器1950可以集成到电子装置1801的存储器1830中或者可以配置为独立操作的单独的存储器。

图像信号处理器1960可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储在存储器1950中的图像数据执行图像处理操作。图像处理可以包括深度图生成、3D建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器1960可以执行对包括在相机模块1880中的组件(图像传感器1000等)的控制(曝光时间控制、读出定时控制等)。由图像信号处理器1960处理的图像可以被再次存储到存储器1950中用于进一步处理，或者可以被提供给相机模块1880的外部组件(存储器1830、显示设备1860、电子装置1802、电子装置1804、服务器1808等)。图像信号处理器1960可以集成到处理器1820或者可以配置为独立于处理器1820操作的分离的处理器。当图像信号处理器1960配置为与处理器1820分离的处理器时，由图像信号处理器1960处理的图像可以经历处理器1820的附加的图像处理，然后通过显示设备1860进行显示。

电子装置1801可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块1880。在这种情况下，多个相机模块1880中的一个相机模块可以是广角相机，并且其他相机模块可以是远摄相机。类似地，多个相机模块1880中的一个相机模块可以是前置相机，并且其他相机模块可以是后置相机。

根据示例实施例的图像传感器1000可以应用于图37所示的移动电话或智能电话2000、图38所示的平板计算机或智能平板计算机2100、图39所示的数字相机或录像机2200、图40所示的膝上型计算机2300或图41所示的电视机或智能电视机2400等。例如，智能电话2000或智能平板计算机2100可以包括均包括高分辨率图像传感器的多个高分辨率相机。通过使用高分辨率相机，可以提取图像中的对象的深度信息、可以调整图像的失焦或可以自动识别图像中的对象。

图像传感器1000也可以应用于图42所示的智能冰箱2500、图43所示的监视相机2600、图44所示的机器人2700、图45所示的医用相机2800等。例如，智能冰箱2500可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食品，并且可以通过智能电话通知用户存在特定种类的食品、放入或取出的食品的种类等。监视相机2600也可以通过使用高灵敏度来提供超高分辨率图像并且可以使用户识别甚至是在黑暗环境中的图像中的物体或人。机器人2700可以进入到人不可以直接进入的灾害或工业地点，与提供向用户提供高分辨率图像。医用相机2800可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。

图像传感器也可以应用于图46所示的车辆2900。车辆2900可以包括布置在各个位置上的多个车用相机2910、2920、2930和2940。车用相机2910、2920、2930和2940中的每一个可以包括根据实施例的图像传感器。车辆2900可以通过使用多个车用相机2910、2920、2930和2940向驾驶员提供关于车辆2900的内部或车辆2900的周围的各种信息，并且可以通过自动识别图像中的物体或人向驾驶员提供自动行进所需要的信息。

应当理解，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文描述的示例实施例。对每个示例性实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (30)

1.一种图像传感器，包括：

传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及

平面纳米光子微透镜阵列，包括多个平面纳米光子微透镜，所述多个平面纳米光子微透镜具有被配置为将光会聚到所述多个感光单元中的对应的感光单元的纳米图案结构，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构、和包括具有比所述第一折射率低的第二折射率的第二介电材料的低折射率纳米结构，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的有效折射率在所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中最大，并且朝着所述折射率峰值区的外缘逐渐减小，其中所述有效折射率与所述高折射率纳米结构与所述低折射率纳米结构之比相对应，并且

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处，所述多个平面纳米光子微透镜之间的边界与对应的感光单元之间的边界一致。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移的距离随着所述多个平面纳米光子微透镜中的该每个平面纳米光子微透镜离所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分的距离增大而增大。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区被设置在所述多个平面纳米光子微透镜中的该每个平面纳米光子微透镜的中心部分。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移的距离随着所述多个平面纳米光子微透镜中的该每个平面纳米光子微透镜离所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分的距离增大而增大。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：

具有第一有效折射率的第一区域；

第二区域，被设置为与所述第一区域相邻并且具有比所述第一区域的第一有效折射率低的第二有效折射率；以及

第三区域，被设置为与所述第二区域相邻并且具有比所述第二区域的第二有效折射率低的第三有效折射率，

其中，所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域以同心圆形状布置。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的每个平面纳米光子微透镜具有关于所述中心部分对称的有效折射率分布，并且所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜具有关于所述中心部分非对称的有效折射率分布。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜的总面积小于所述传感器基板的总面积。

10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括以同心圆形状彼此交替设置的多个高折射率纳米结构和多个低折射率纳米结构，并且所述多个高折射率纳米结构中的每个高折射率纳米结构在直径方向上的宽度在所述折射率峰值区中最大。

11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：具有纳米柱形状的多个高折射率纳米结构，并且所述多个高折射率纳米结构的比例在所述折射率峰值区中最大。

12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：沿圆周方向分开的具有弧形的多个高折射率纳米结构。

13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：具有平板形状的一个高折射率纳米结构和具有孔形状的多个低折射率纳米结构。

14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括第一层和设置在所述第一层上的第二层，并且所述第一层中的高折射率纳米结构的图案和低折射率纳米结构的图案与所述第二层中的高折射率纳米结构的图案和低折射率纳米结构的图案不同。

15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，在所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中，所述第一层中的高折射率纳米结构的宽度和所述第二层中的高折射率纳米结构的宽度相同，并且在所述折射率峰值区以外的区域中，所述第二层中的高折射率纳米结构的宽度小于所述第一层的高折射率纳米结构的宽度。

16.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：设置在所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜上的球面微透镜。

17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区与对应的球面微透镜的光轴对准以彼此一致。

18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的球面微透镜相对于对应的平面纳米光子微透镜朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的平面纳米光子微透镜的折射率峰值区被设置在该平面纳米光子微透镜的中心。

20.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：透明介电层，设置在所述传感器基板与所述平面纳米光子微透镜阵列之间，所述透明介电层的厚度从所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘增大。

21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述透明介电层具有倾斜的上表面，以使所述透明介电层的厚度从所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘逐渐增大，并且所述多个平面纳米光子微透镜以一定的角度设置在所述透明介电层的所述倾斜的上表面上。

22.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述透明介电层具有阶梯形状，其中，所述透明介电层的厚度从所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘非连续地增大。

23.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：透明介电层，设置在所述平面纳米光子微透镜阵列上，所述透明介电层的厚度从所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分朝所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘增大。

24.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：球面微透镜阵列，包括被设置在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分的多个球面微透镜，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜不设置在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分。

25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中，所述球面微透镜阵列和所述平面纳米光子微透镜阵列被设置在同一平面上。

26.根据权利要求24所述的图像传感器，其中，低折射率纳米结构被设置在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分，并且所述球面微透镜阵列被设置于在所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分处的所述低折射率纳米结构上。

27.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：设置在所述传感器基板上的滤色器层，

其中，所述滤色器层包括：被配置为透射特定波段的光并且吸收或反射除了该特定波段以外的波段的光的多个滤色器，并且

其中，所述平面纳米光子微透镜阵列被设置在所述滤色器层上。

28.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：

透明间隔层，设置在所述平面纳米光子微透镜阵列上；以及

分色透镜阵列，设置在所述透明间隔层上，

其中，所述分色透镜阵列被配置为：改变入射光中的第一波长的第一光的相位和第二波长的第二光的相位，所述第一光与所述第二光彼此不同，以使所述第一波长的第一光和所述第二波长的第二光沿不同的方向传播，从而所述第一波长的第一光会聚到所述多个感光单元中的第一感光单元、并且所述第二波长的第二光会聚到所述多个感光单元中与所述第一感光单元不同的第二感光单元。

29.一种电子装置，包括：

图像传感器，被配置为将光学图像转换成电信号；以及

处理器，被配置为控制所述图像传感器的操作以及存储和输出由所述图像传感器生成的信号，

其中，所述图像传感器包括：

传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及

平面纳米光子微透镜阵列，包括多个平面纳米光子微透镜，所述多个平面纳米光子微透镜具有被配置为将光会聚到所述多个感光单元中的对应的感光单元的纳米图案结构，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构、和包括具有比所述第一折射率低的第二折射率的第二介电材料的低折射率纳米结构，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的有效折射率在所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中最大，并且朝着所述折射率峰值区的外缘逐渐减小，其中所述有效折射率与所述高折射率纳米结构与所述低折射率纳米结构之比相对应，并且

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

30.一种图像传感器，包括：

传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及

平面纳米光子微透镜阵列，包括多个平面纳米光子微透镜，所述多个平面纳米光子微透镜具有被配置为将光会聚到所述多个感光单元中的对应的感光单元的纳米图案结构，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜包括：包括具有第一折射率的第一介电材料的高折射率纳米结构、和包括具有比所述第一折射率低的第二折射率的第二介电材料的低折射率纳米结构，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的有效折射率在所述多个平面纳米光子微透镜中的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区中最大，并且朝着所述折射率峰值区的外缘逐渐减小，其中所述有效折射率与所述高折射率纳米结构与所述低折射率纳米结构之比相对应，

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移，并且

其中，所述多个平面纳米光子微透镜中在所述平面纳米光子微透镜阵列的外缘处的每个平面纳米光子微透镜的折射率峰值区朝着所述平面纳米光子微透镜阵列的中心部分偏移。

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